[发明专利]单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种单分散的金属‑单宁酸包覆活化碳布的催化剂的制备方法，包括：在氮气气氛中，将碳布在550～650℃下煅烧0.5～1.5h得到活化碳布；然后将活化碳布、金属盐溶液和单宁酸溶液加入去离子水中，得到混合液，调节混合液的pH至7～14，超声后取出活化碳布真空烘干，得到单分散的金属‑单宁酸包覆活化碳布的催化剂。本发明制备方法通过一步简单自组装，在活化碳布表面均匀包覆了一层金属‑单宁酸交联网状配合物，构造了金属核单分散的纳米结构，制备方法简单。本发明还公开了一种上述制备方法制备得到的单分散的金属‑单宁酸包覆活化碳布的催化剂及其在电催化裂解水中的应用。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

催化在化学工业上具有重要的作用，根据催化剂类型可将催化分为均相催化和多相催化两大类型。均相催化剂可以充分暴露金属位点，原子利用率高，因此具有高催化活性。此外，通过改变均相催化剂的配体可以实现对金属周围的电子及空间结构进行调控的目的，使得催化剂对特定的反应具有极高的选择性，由于均相催化剂的高活性和选择性，其反应条件也往往较为温和，低温低压即可实现反应。多相催化剂则具有活性组分选择性多，使用温度宽泛以及易从产品中回收等优点，因此被广泛地应用于工业催化反应。但是，多相催化剂也有许多缺点，比如表面性质不均一，表面活性组分利用率低，表面活性中心难以明确而难以针对性地改进催化剂以及选择性不高等问题。此外，均相催化剂中仅有表面的部分金属是反应活性点，大部分金属在体相内不参与反应。

为了结合均相催化剂和非均相催化剂各自的优点，研究者发明了许多策略用于将均相的分子催化剂固载到非均相的基底之上。所谓均相催化剂的固载化，就是将均相催化剂通过化学或者物理方法结合到固相的载体之上从而形成一种特殊的催化剂。

这种固载催化剂的活性组分一般是表面被固载的部分，其与均相催化剂具有相同的结构和性质，因而具有均相催化剂的高活性高选择性。此外，由于这种固载催化剂是固相的，因而具有多相催化剂的易从产品中分离回收等优点。

目前，采用的传统策略固载特定的分子催化剂所往往需要对配体或者配合物进行一系列复杂的修饰处理，这种处理常会牺牲催化剂的本征活性位。此外，使用传统策略固载的分子催化剂因为分子催化剂和固相的载体之间作用力不强而在使用过程中易发生流失。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂的制备方法，该催化剂在电解水的析氢反应中具有优异的性能。

本发明利用单宁酸和金属离子间的配位作用，通过简单浸渍、自组装法对多孔的活化碳布进行包覆，将一层金属-单宁酸交联网状聚合物结构编织在活化碳布表面，制备出一种稳定的单金属核分散的催化剂。

一种单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂的制备方法，包括：

(1)在氮气气氛中，将碳布在550～650℃下煅烧0.5～1.5h得到活化碳布；

(2)将活化碳布、金属盐溶液和单宁酸溶液加入去离子水中，得到混合液，调节混合液的pH至7～14，超声后取出活化碳布真空烘干，得到单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂。

本发明以金属盐和单宁酸为原料，由于单宁酸分子量大且结构中存在大量的酚羟基，因此适合制备交联网状结构，通过调节pH将单宁酸上的酚羟基氧充分暴露出来，随后金属通过和单宁酸的酚羟基氧之间的螯合作用将单宁酸相互连接起来制备出金属-单宁酸包覆活化碳布催化剂。

单分散的金属-单宁酸包覆活化碳布的催化剂记为M-TA/ACC。

步骤(1)中，在氮气气氛中进行高温焙烧可以破坏碳布表面疏水的C-F键，引入碳氧双键等含氧官能团。C-F键的破坏增加了碳布的亲水性，含氧官能团的引入，这两者都有利于单宁酸在碳布表面牢固结合，有利于提高催化剂的稳定性。